3.2 柔性连接

除了刚性连接外，两个构件之间可能还有柔性连接关系。这些柔性连接关系包括阻尼器、弹簧、柔性梁和力场。柔性关系并不减少两个构件之间的自由度，只是在两个构件产生相对位移和相对速度时这两个构件会产生一对与相对位移成正比的弹性力或力矩以及与速度成正比的阻尼力。这种弹性力与位移的方向相反，阻尼力与速度的方向相反，它们起阻碍两个构件相对运动的作用。柔性连接只考虑作用力和力矩，而不考虑柔性连接的质量。

1．阻尼器的定义

阻尼器实际上是一个六分量的弹簧结构，指定沿J-Marker坐标轴上的刚度系数和三个旋转阻尼系数及预载荷。系统将按下式计算作用力和作用力矩。

式中，x、y、z分别为第一个构件上的I-Marker坐标系相对于第二个构件上的J-Marker坐标系的相对位移；θx、θy、θz分别表示I-Marker坐标系相对于J-Marker坐标系的相对角位移；νi和ωi分别表示I-Marker相对于J-Marker的相对速度和相对角速度；fio和ti 0是预载荷。

阻尼器的定义过程与力的定义过程类似，唯一的区别是阻尼器的方向是I-Marker和J-Marker的Z轴方向。另外，通过阻尼器编辑对话框来修改相应的参数，如图3-5所示。在此对话框中修改刚度系数Stiffness、阻尼系数Damping以及预载荷Preload。

2．弹簧和卷曲弹簧的定义

弹簧和卷曲弹簧与阻尼器类似，指定刚度系数和阻尼系数，只不过弹簧是用I-Marker和J-Marker定义原点间的距离、速度和方向来计算弹簧的作用力，而阻尼器是用分量的形式来计算阻尼器的作用力。弹簧用于计算力，而卷曲弹簧用于计算力矩。

定义弹簧和卷曲弹簧参数的物理意义与阻尼器参数的物理意义相同。定义方式类似，下式是弹簧作用力的计算公式：

F=-k(r-r0)-c+f

式中，k为弹簧的刚度系数，r和r0分别是弹簧的长度和初始长度，c为阻尼系数，f为预载荷。

如图3-6所示，通过弹簧编辑对话框修改弹簧的刚度系数、阻尼系、预载荷和初始长度等。另外，若有弹簧力和弹簧长度与速度之间的试验数据，就定义非线性弹簧，只需要将定义刚度和阻尼的选项设置为Spline:F=f(defo) 和Spline:F=f(velo)即可。

3．无质量梁

Step
02 在第一个构件上选择梁的端点位置。第一个构件是作用力作用的构件。

Step
01 在力工具集中选择无质量梁工具。

Step
03 在第二个构件上选择梁的端点位置。第二个构件是反作用力作用的构件。

Step
04 选择梁截面的向上方向（Y方向）。

在产生无质量梁以后，使用弹出式对话框显示无质量梁的编辑对话框，通过梁编辑对话框修改无质量梁的坐标系、刚度和阻尼系数值、梁的长度和截面积等，如图3-7所示。

4．力场

力场工具提供了一种施加更一般情况的力和反作用力的工具，力场的计算公式同轴套力的计算式相似，不同之处是力场计算公式中刚性和阻尼系数不为零。同时，考虑初始位移和转角。

因为力场工具提供了定义最一般力的方法，所以也利用力场工具来定义一般情况下的梁，例如定义变截面肋梁或者使用非线性材料的梁。

利用力场工具施加力场。产生力场的方法同施加轴套力相似，右击，选择力场的Modify命令，系统弹出编辑力场对话框，如图3-8所示。

5．接触

当两个构件的表面之间发生接触时，两个构件就会在接触的位置产生接触力。接触力是一种特殊的力，分为两种类型的接触：一种是时断时续的接触，另一种是连续的接触。

在ADAMS/View中有两种计算接触力的方法，一种是补偿法（Restitution），另一种是冲击函数法（Impact）。补偿法需要确定两个参数：惩罚系数（PenaIty）和补偿系数（Restitution）。惩罚系数确定两个构件之间重合体积的刚度，也就是说由于接触，一个构件的一部分体积要进入另一个构件内，惩罚系数越大，一个构件进入另一个构件的体积就越小，接触刚度就越大。

接触力是惩罚系数与插入深度的乘积。如果惩罚系数过小，就不能模拟两个构件之间的真实接触情况；如果惩罚系数过大，就会使计算出现问题，导致计算不能收敛，为此选用辅助的拉格朗日扩张法（Augmented Lagrangian），通过多步迭代来解决这个问题。

补偿系数决定两个构件在接触时能量的损失。冲击函数法根据Impact函数来计算两个构件之间的接触力，接触力由两个部分组成：一个是由两个件之间的相互切而产生的弹性力；另一个是相对速度产生的阻尼力。

单击工具栏中的接触按钮，弹出定义接触力对话框。对话框中各选项的含义如下。

（1）contact Type：选择接触类型，然后拾取相应的几何元素，选择同一个构件上多个同类型的几何元素。若选择曲线时单击按钮则可改变接触力的方向。定义两个构件接触时，需要设置计算接触力的计算方法和计算摩擦力的方法。

（2）Normal Force：确定计算接触力的方法，有Restitution（补偿法）、Impact（冲击函数法）和user Defined（用户自定义法）。如果选择了Restitution，就需要输入惩罚系数和补偿系数，还选择拉格朗日扩张法（Augmented Lagrange）。如果选择Impact，就需要输入接触刚度（Stiffness）k、指数（Force Exponent）e、阻尼（Damping）d和切入深度（Penetration Depth），其中切入深度决定了何时阻尼达到最大值。

（3）Friction Force：确定一个构件在另一个构件上滑动时摩擦力的计算方法，有Coulomb（库仑法）、None（没有摩擦力）和User Defined（用户自定义）。若选择Coulomb则需要设定静态系数μs、动态系数μd、静滑移速度νs和动滑移速度νd。